Нитрид алюминия — самый модный материал подложки
С начала 21-го века, с быстрым развитием электронных технологий, уровень интеграции и плотность сборки электронных компонентов постоянно улучшались, а рассеивание тепла стало ключевым фактором, влияющим на производительность и надежность устройства.
Упаковочная подложка используется для отвода тепла от чипа (источника тепла) для достижения теплообмена с внешней средой для достижения цели рассеивания тепла. Среди них керамические материалы стали распространенным материалом для упаковочных подложек силовых устройств из-за их высокой теплопроводности, хорошей термостойкости, высокой изоляции, высокой прочности и теплового соответствия с материалами чипа.
В настоящее время растет спрос на подложки из нитрида алюминия в силовых полупроводниковых приборах, гибридных интегральных схемах питания, антеннах в отрасли связи, твердотельных реле, мощных светодиодах, многокристальной упаковке (MCM) и других областях. Его конечный рынок — автомобильная электроника, светодиоды, железнодорожный транспорт, базовые станции связи, аэрокосмическая и военная оборона.
1. Антенна
Антенна может преобразовывать направленные волны, распространяющиеся по линии передачи, в электромагнитные волны, распространяющиеся в свободном пространстве, или преобразовывать электромагнитные волны в направленные волны. Ее суть — преобразователь. Антенны имеют широкий спектр применения и должны нормально работать в любой среде. Поэтому их компоненты должны быть высокого и чрезвычайно надежного качества. Обычные печатные платы не могут удовлетворить этому основному требованию антенн. В настоящее время печатная плата на основе керамики наиболее близка к требованиям антенн по всем аспектам. Среди них печатные платы на основе керамики AlN имеют наилучшие характеристики, что в основном отражается в:
(1) Малой диэлектрической проницаемости, что снижает высокочастотные потери и обеспечивает полную передачу сигнала.
(2) Слое металлической пленки с низким сопротивлением и хорошей адгезией. Металлический слой имеет хорошую проводимость и выделяет меньше тепла при прохождении тока.
(3) Керамические печатные платы имеют хорошую изоляцию. Антенны генерируют высокое напряжение во время использования, а керамические подложки имеют высокое пробивное напряжение.
(4) Возможна высокоплотная упаковка.
2. Многокристальный модуль (MCM)
Многокристальный модуль — это высокопроизводительный, высоконадежный и миниатюрный усовершенствованный микроэлектронный компонент, который может соответствовать строгим требованиям аэрокосмической, военной электронной техники и т. д. С ростом мощности компонентов и увеличением плотности упаковки, хорошее рассеивание тепла становится ключевой технологией, которую следует учитывать. Материалы подложки для упаковки типа MCM-C обычно используют многослойную керамическую структуру.
3. Высокотемпературная упаковка полупроводников
Устройства из широкозонных полупроводниковых материалов на основе SiC, GaN и алмаза могут работать при высоких температурах, особенно SiC имеет наиболее зрелую технологию применения; SiC может стабильно работать при высокой температуре 600 °C благодаря своим превосходным физическим и химическим свойствам и играет чрезвычайно важную роль в высокотемпературных электронных системах в аэрокосмической области.
4. Силовой полупроводниковый модуль
Силовой полупроводниковый модуль представляет собой комбинацию силовых электронных компонентов, упакованных в один в соответствии с определенным шаблоном и функциональной комбинацией. Силовой полупроводниковый модуль может выбирать соответствующие компоненты для упаковки в соответствии с требуемыми функциями. Наиболее распространенными являются биполярные транзисторы с изолированным затвором, силовые металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы и силовые интегральные схемы. Силовые полупроводниковые модули имеют очень высокие требования к рассеиванию тепла. Керамические печатные платы являются одним из их основных основных компонентов и первой точкой контакта с теплом.
5. Упаковка светодиодов высокой мощности
Светодиод — это полупроводниковый чип, который преобразует электричество в свет. Научные исследования показывают, что только 20–30 % электрической энергии эффективно преобразуется в световую энергию, а остальное теряется в виде тепла. Если нет подходящего способа быстро рассеивать тепло, рабочая температура лампы резко возрастет, что приведет к значительному сокращению срока службы светодиода.
С постоянной модернизацией технологий электронной информационной промышленности миниатюризация и функциональная интеграция подложек печатных плат стали тенденцией. Требования рынка к рассеиванию тепла и высокой термостойкости подложек и упаковочных материалов для рассеивания тепла постоянно растут. Обычным материалам подложек с относительно высокими характеристиками трудно удовлетворить спрос рынка. Развитие отрасли производства керамических подложек из нитрида алюминия открыло новые возможности. Поэтому нитрид алюминия стал самым популярным упаковочным подложечным материалом в настоящее время.